GRUPO "QUÍMICA MÉDICA Y BIOLÓGICA"

SILVIA ORTEGA

 

Cáncer

El cáncer es reconocido como una de las principales causas de muerte en todo el mundo. Entre todos los procesos implicados en el ciclo celular, la transducción de señales mitogénicas, y en qué medida se modifica en las células cancerosas, ha resultado ser uno de los objetivos de investigación más atractivos para la oncología en los últimos años. De este modo, el diseño de pequeñas moléculas capaces de interferir con estas vías puede ayudar a comprender más a fondo su fisiología real, al tiempo que nos proporciona nuevos agentes antiproliferativos también.
Tenemos varios proyectos en curso destinados a desarrollar nuevos agentes antitumorales mediante el bloqueo de algunas de las cascadas reguladoras involucradas en los eventos tumorales.

Ácido graso sintasa - Fatty Acid Synthase (FASN)
La alta expresión de FASN se asocia a las variedades más agresivas de cáncer de tiroides, colon, pulmón, endometrio, próstata, ovario y mama. También se ha demostrado que la inhibición de FASN induce la apoptosis de las células tumorales y aumenta la eficacia de los tratamientos de quimioterapia e inmunoterapia. Por lo tanto, FASN representa un objetivo prometedor para el manejo del cáncer, y el desarrollo de agentes capaces de inhibir FASN se convierte en un objetivo interesante para los químicos medicinales. Sin embargo, hasta la fecha se han reportado pocos inhibidores de FASN, como el producto natural cerulenina y el compuesto sintético C75. Ambos compuestos son muy útiles para ensayos in vitro, aunque presentan importantes inconvenientes que impiden su uso clínico.  La cerulenina es químicamente inestable y C75 inhibe la carnitina palmitoil transferasa (CPT-1). Por otro lado, las propiedades del té verde como agente preventivo del cáncer se han asociado a la presencia de derivados de polifenoles; entre ellos el galato de (-)-epigallochatequina (EGCG) es el inhibidor de carcinogénesis más abundante y más potente identificado y se ha caracterizado como un inhibidor de FASN.  En este contexto, hemos llevado a cabo la síntesis y evaluación biológica de nuevos derivados de polifenoles dirigidos al desarrollo de nuevos inhibidores de FASN que ayudarían a la validación definitiva de esta proteína como nueva diana para terapias contra el cáncer. Este proyecto se lleva a cabo en colaboración con el Dr. Ramón Colomer (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas CNIO y Hospital de la Princesa - España) y el Prof. Thomas W. Grunt (Universidad Médica de Viena - Austria).

Isoprenilcisteína carboximetiltransferasa - Isoprenilcisteína carboximetiltransferasa (ICMT) Ras es un componente central en muchas vías de transducción de señales. El control adecuado de la activación/desactivación de Ras es fundamental para la regulación del ciclo celular y se han encontrado mutaciones activadoras en Ras en casi el 30% de todos los cánceres, incluido el 50% de los cánceres de colon y hasta el 90% de los cánceres de páncreas.

Se ha demostrado que en ausencia de cualquiera de sus modificaciones postraduccionales (Figura 1) Ras pierde su capacidad para inducir la transformación tumoral. Por lo tanto, la inhibición de estos pasos representa una estrategia atractiva para inhibir la actividad de Ras. De hecho, la farnesiltransferasa (FT) ha sido blanco de importantes programas de descubrimiento de fármacos durante la última década y varios inhibidores de FT han entrado en ensayos clínicos. A pesar de los resultados prometedores iniciales, las tasas de respuesta general en los pacientes han sido más bajas de lo esperado. Por lo tanto, existe una clara necesidad de enfoques adicionales que permitan una inhibición segura y efectiva de la actividad de Ras. En este contexto, las otras dos enzimas implicadas en el procesamiento post-traduccional de Ras (Rce1 e ICMT) han ganado atención reciente como dianas terapéuticas en la oncogénesis.

En particular, ICMT se ha caracterizado durante la última década, y su inhibición conduce a la inactivación de Ras junto con una disminución de la tumorigénesis. Se sabe que la actividad de ICMT puede ser bloqueada por análogos de sustrato como la prenilcisteína o análogos de productos como S-adenosilhomocisteína. Sin embargo, estos compuestos no son adecuados para su uso como fármacos debido a sus acciones pleiotrópicas. La primera molécula pequeña e inhibidor estructuralmente distinto se ha descrito recientemente. Este compuesto, denominado cismetinilo, bloquea el crecimiento independiente del anclaje en una línea celular de cáncer de colon humano. Estos hallazgos proporcionan una justificación convincente para el desarrollo de inhibidores de ICMT como otro enfoque para el desarrollo de medicamentos contra el cáncer.

Este proyecto se lleva a cabo en colaboración con el Dr. Patrick J. Casey (Duke University School of Medicine - NC, USA).

 

 

Sistema Nervioso Central

Hemos diseñado y desarrollado nuevos agentes serotoninérgicos y hemos determinado su afinidad por los receptores implicados en procesos fisiopatológicos como traumatismo craneoencefálico, ictus isquémico, migraña, trastornos cognitivos o alteraciones psiquiátricas como ansiedad y depresión. También trabajamos en el diseño y desarrollo de nuevos agentes cannabinoides. Determinamos su afinidad y actividad por las diferentes dianas que constituyen el sistema cannabinoide endógeno, así como la posible aplicación terapéutica de estos compuestos.
Nuestra metodología de investigación comprende la identificación de hits, el hit to lead y los procesos de optimización de leads.
Monoacilglicerol lipasa (MGL) El sistema cannabinoide endógeno está involucrado en muchos procesos fisiológicos, como el control de la proliferación celular, el desarrollo cerebral y la regulación de la neurotransmisión. El sistema cannabinoide está formado por los ligandos endógenos (principalmente anandamida –AEA- y 2-araquidonilglicerol -2-AG-), receptores CB1 y CB2, y las proteínas intracelulares responsables de la terminación de la respuesta biológica. Estas son las enzimas hidrolíticas amidohidrolasa de ácidos grasos (FAAH) y monoacilglicerol lipasa (MGL), que degradan AEA y 2-AG, respectivamente. Su regulación tiene interesantes implicaciones terapéuticas ya que se ha demostrado que un evento excitotóxico es seguido por un aumento neuroprotector en los niveles de AEA y/o 2-AG. Por lo tanto, la posibilidad de inducir un aumento local y controlado de endocannabinoides promovería la actividad cannabinoide endógena. sin inducir los efectos secundarios psicotrópicos causados por agonistas no endógenos. Estos hechos sugieren que la inactivación de 2-AG podría ser un objetivo para el tratamiento del dolor, así como los procesos de neurotoxicidad y las enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis múltiple y la corea de Huntington. Este hecho nos impulsó a iniciar un proyecto dirigido al desarrollo de inhibidores selectivos de MGL.

Este proyecto se lleva a cabo en colaboración con el Dr. Nephi Stella (Universidad de Washington - WA, EE.UU.).

Receptor de ácido lisofosfatídico LPA1

El LPA1R es el primer miembro descubierto de los receptores de ácido lisofosfatídico (LPA) (LPA1-LPA4), un subgrupo de la superfamilia GPCR. LPA1 es capaz de acoplar diferentes subtipos de proteína G (Gi/o, Gq y G12/13) induciendo diversas respuestas celulares. Por ejemplo, LPA está involucrado en el desarrollo, proliferación y diferenciación neuronal, y en la mielinización. Estos efectos están mediados principalmente a través del LPA1R, situado preferentemente en neuronas, oligodendrocitos y células de Schwann. El alto grado de similitud entre los diferentes subtipos de receptores LPA y la amplia gama de procesos fisiológicos que median dificultan el desarrollo de ligandos selectivos. Tales compuestos permitirían dilucidar los efectos mediados por los diferentes subtipos de receptores LPA y confirmar el papel de LPA1 en la mielinización, abriendo un nuevo camino para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis múltiple. En este contexto, hemos iniciado un proyecto dirigido al desarrollo de una nueva clase estructural de ligandos LPA1 con potencial utilidad terapéutica.

Este proyecto se lleva a cabo en colaboración con el Dr. Jerold Chun (The Scripps Institute - CA, USA).

Modulación alostérica de los GRCP

Los GPCR son el objetivo de aproximadamente la mitad de todos los productos farmacéuticos modernos. Hasta la fecha, los programas de descubrimiento de fármacos han estado dominados principalmente por los esfuerzos para desarrollar agonistas y agonistas inversos que actúan en los sitios ortostéricos para los ligandos endógenos. Sin embargo, el desarrollo de agentes selectivos para subtipos específicos de GPCR se ha visto obstaculizado por la notable similitud estructural de sus bolsillos de unión a fármacos.  En los últimos años, ha habido enormes avances en el descubrimiento de nuevos ligandos para GPCR que actúan en sitios alostéricos que son topográficamente distintos del sitio ortostérico, para regular la función del receptor. La unión del ligando a un sitio de unión alostérica podría mejorar (moduladores alostéricos positivos) o disminuir (moduladores alostéricos negativos) la respuesta de los agonistas ortostéricos. Estos compuestos proporcionan una alta selectividad, nuevos modos de eficacia y pueden conducir a nuevos agentes terapéuticos para el tratamiento de múltiples trastornos humanos.
Por lo tanto, estamos trabajando en el desarrollo de moduladores alostéricos del receptor dopaminérgico D1 y los receptores de serotonina 5-HT1A y 5-HT7.

Este proyecto se lleva a cabo en colaboración con el Prof. Leonardo Pardo (UAB - Barcelona, España), la Prof. Mabel Loza (USC - Santiago, España), el Dr. Peter B. Hedlund (The Scripps Research Institute - CA, EUA), el Dr. Peter McCormick (Universidad de East Anglia - Norwich, Reino Unido) y el Dr. Joan Ballesteros (ViviaBiotech).

 

Antibióticos

El descubrimiento y desarrollo de antibióticos se considera uno de los avances médicos más importantes del siglo pasado. Sin embargo, con el aumento de cepas resistentes a los antibióticos de bacterias patógenas y nuevos patógenos emergentes, existe la necesidad de nuevos agentes antibacterianos que actúen a través de nuevos mecanismos de acción. Proteína de división bacteriana FtsZ
Casi todos los medicamentos utilizados para tratar infecciones bacterianas interfieren con la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, pared celular o folato; Sin embargo, la división celular bacteriana es un proceso esencial que aún no ha sido atacado por antibacterianos clínicamente aprobados. Las proteínas de división celular desempeñan un papel fundamental en la multiplicación y viabilidad de las bacterias, y es probable que sean esenciales para causar enfermedades infecciosas. Entre ellos, FtsZ es una proteína de división bacteriana ampliamente conservada que recientemente se ha propuesto como un objetivo atractivo para el descubrimiento de fármacos antibacterianos. FtsZ se somete a polimerización dependiente de GTP para formar el anillo Z y recluta otras proteínas que juntas impulsan la división celular y la formación de nuevas bacterias. Además, FtsZ es un pariente lejano de la β-tubulina de mamífero, que es un objetivo bien explotado para la terapia contra el cáncer. Este hecho puede proporcionar conocimientos estructurales para ayudar al diseño racional de los ligandos FtsZ, pero también hace necesario el desarrollo de inhibidores selectivos de FtsZ que no interactuarían con la tubulina humana.

Los enfoques basados en la semejanza de FtsZ y tubulina y en la función GTPasa junto con técnicas de cribado de alto rendimiento (HTS) han permitido la identificación de inhibidores que se dirigen específicamente a FtsZ e inhiben su función en la división celular. Sin embargo, estas derivaciones son antibióticos poco efectivos. El inhibidor de FtsZ más prometedor descubierto hasta ahora, PC190723, exhibe una alta potencia tanto in vitro como in vivo contra Staphylococcus, aunque es inactivo contra una variedad de otras bacterias patógenas Gram-positivas y Gram-negativas. Además, los estudios de mutagénesis y modelado molecular han identificado un sitio de unión alternativo para PC190723 en FtsZ que no se encuentra en el dominio GTPasa. Este nuevo bolsillo de unión se coloca en una región de FtsZ que es análoga al sitio de unión de Taxol en β-tubulina.
Por lo tanto, con el objetivo global de desarrollar nuevos antibacterianos de amplio espectro, en esta propuesta abordaremos el diseño y síntesis de nuevos inhibidores de FtsZ considerando ambos sitios de unión. En este sentido, la identificación de inhibidores de FtsZ que se dirigen al dominio GTPasa puede abordarse mediante el diseño de miméticos de GTP. Estudios previos en nuestro grupo de investigación han demostrado que los compuestos de estructura general V podrían interactuar con los residuos apropiados en el bolsillo de unión de GTP que actúan como miméticos de GTP. Estos estudios sugieren que el ciclo de guanina de GTP puede ser bien reemplazado por un anillo (hetero)aromático, mientras que el grupo trifosfato también podría ser imitado por ácido hidroxámico o restos de 1,2-diclorobenceno. 

Por otro lado, el diseño de inhibidores que reconozcan el segundo sitio de unión a PC190723 se llevará a cabo mediante el cribado virtual de bibliotecas de compuestos seguido de síntesis química, validación biológica y posterior optimización.

Este proyecto se lleva a cabo en colaboración con el Dr. José M. Andreu (CIB, CSIC - España) y el Prof. Stephan A. Sieber (Technische Universität München - Alemania).

 

Desarrollo de nuevas herramientas para la química biológica y medicinal

 

La identificación de dianas terapéuticas adicionales y el desarrollo de nuevas entidades moleculares capaces de generar nuevos fármacos representan actualmente dos puntos críticos en la deficiencia de estrategias terapéuticas innovadoras. En este contexto, la biología química surge como el complemento adecuado a la química medicinal, ya que permite el desarrollo de la genómica química hacia adelante, un enfoque basado en la generación de nuevas herramientas químicas para el estudio del sistema biológico sistema y, eventualmente, la validación e identificación de dianas terapéuticas.
En base a estas consideraciones, hemos iniciado una línea de investigación dirigida al desarrollo de sondas para el etiquetado GPCR y para el estudio de novo de la selectividad de ligandos mediante estrategias proteómicas.

en colaboración con

Esta línea de investigación se lleva a cabo en colaboración con el Dr. Oscar Palomares (Departmento de Bioquímica y Biología Molecular, UCM), el Prof. Beat Lutz (Universidad Johannes Gutenberg - Alemania), el Dr. Giovanni Marsicano (CNRS, Francia) y el Dr. Benjamin F. Cravatt (The Scripps Institute - CA, USA).

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